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Textiler Wärme- und Stoffübertrager in KVS-Systemen

EuroNorm INNO-KOM

01.09.2017 - 29.02.2020

Dipl.-Ing. (FH) Hannes Rosenbaum

+49-351-4081-5324

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Enthalpierückgewinnung zwischen örtlich getrennten Luftströmen

Gesamtziel und Projektergebnisse

Projektziel war die Entwicklung textiler Wärmeübertrager, welche – integriert in Kreislaufverbundsysteme (KVS) – zwischen örtlich getrennten Luftströmen neben sensibler Wärme auch Feuchtigkeit übertragen können. Das Funktionsprinzip basiert auf einem Flüssigsorptionsprozess über semipermeable Membranen.

Einfache Form der KVS- Enthalpierückgewinnung: zwei Membran-Wärmeübertrager in Flüssigsorptionskreislauf

Entwickelt, realisiert und messtechnisch analysiert wurden jeweils ein 2- und ein 3-fluidiges KVS-System einschließlich 2- bzw. 3-fluidiger Membranwärmeübertrager.

Anschauungsmuster der Wärme- und Feuchterückgewinnung zwischen örtlich getrennten Luftströmen mittels Kreislaufverbundsystem und 3-fluidigen Membranwärmeübertragern

Im Ergebnis des Projektes können sich die erreichbaren thermodynamischen Kennwerte beider Systeme gemäß den Projektzielen mit Öko-Designkriterien messen lassen:

Übertragungsgrade 2-fluidig/3-fluidig: η_t bis 0,7/0,77; η_h bis 0,55/0,61; η_x bis 0,65/0,41
Energieeffizienz WRG nach DIN EN 13053: 2-fluidig: 67,4 % (H2); 3-fluidig: 74,3 % (H1)
Energieeffizienzklasse nach RLT Herstellerverband (nur Anteil WRG ohne Ventilatoren):
2-fluidiges System: A; 3-fluidiges System A+

Mit der Ergänzung um thermische Zusatzfunktionen können v.a. 3-fluidige textile Wärme- und Stoffübertrager im KVS-System zur multifunktionalen Komponente ausgebaut werden. Folglich sind potentiell alle thermischen Zustandsänderungen (Heizen, Kühlen, Entfeuchten, Befeuchten) außenluft- und abluftseitig unabhängig voneinander realisierbar. Temperatur- und Feuchteregelkreis können dabei unabhängig voneinander agieren. Auf konventionell übliche Nachheiz- oder Kühlregister kann folglich verzichtet werden. Umsetzbar ist neben der Flüssigsorption auch die Verdunstungskühlung – beispielsweise zur Auskopplung von „Kälte“ zur Zuluftkühlung.

Versuchsdurchführung und Optimierung der Wärme- und Feuchterückgewinnung mit geregelter Zulufttemperatur auf 23,0 °C

Der Funktionsnachweis als maßgebliches Projektergebnis legt den Grundstein zum Schließen der Marktlücke der Wärme- und Feuchterückgewinnung zwischen örtlich getrennten Luftwegen.

Zum Projektergebnis gehört auch, dass hinsichtlich Wirtschaftlichkeit in Fertigung und Betrieb der textilen Membranwärmeübertrager (nachfolgend kurz MWÜ) noch essentieller Optimierungs-/ Entwicklungsbedarf besteht:

Verbesserung der trockenen Wärmeübertragung durch Verbesserung des Wärmeübergangs zwischen Luft und Wasser
Konstruktive Optimierung sowie automatisierte Fertigung zur Minimierung der Kosten und des Herstellungsaufwandes sowie zur Verbesserung der Reinigbarkeit
Verbesserung der Langzeitstabilität (mechanisch und chemisch) der eingesetzten Materialien und textilen Verbunde